3D打印,為什么成了骨科“香餑餑”

來源：健康中國

來自天山腳下的新疆哈薩克族大姐伊娜（化名），因右側(cè)半骨盆腫瘤已經(jīng)接受了多次手術(shù)。近期，她在上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院（簡稱“上海九院”）骨科接受了骶髂關(guān)節(jié)、恥骨聯(lián)合離斷完全切除腫瘤和3D打印個性化骨盆假體保肢重建。前幾天回到醫(yī)院復(fù)診，伊娜最滿意的是身體的功能恢復(fù)。截至目前，上海九院骨科郝永強團隊已經(jīng)為200多名患者實施了3D打印個性化金屬假體功能重建，實現(xiàn)了骨科手術(shù)從“削足適履”到“量體裁衣”治療模式的轉(zhuǎn)變。

創(chuàng)新的原動力
為骨腫瘤患者保肢

早在20世紀(jì)70年代后期，中國工程院院士戴尅戎就開始了個性化骨關(guān)節(jié)假體的設(shè)計、應(yīng)用與轉(zhuǎn)化研究。20世紀(jì)80年代始，他帶領(lǐng)的團隊設(shè)計出包括人工半骨盆、人工踝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)等骨關(guān)節(jié)的第一代個性化假體，基本上構(gòu)建了個性化假體的基礎(chǔ)技術(shù)體系，發(fā)展出更先進(jìn)的第二代假體。但是，假體較高的設(shè)計難度和較長的制造時間，嚴(yán)重限制了它的臨床應(yīng)用。


“骨腫瘤的保肢治療中，腫瘤切除后骨關(guān)節(jié)缺損形態(tài)各異，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化假體無法重建或效果不佳，因此，我們必須想辦法解決這個醫(yī)學(xué)難題！”郝永強教授介紹，個性化重建假體，是骨腫瘤保肢治療的剛需。但在3D打印出現(xiàn)之前，個性化重建假體僅在少數(shù)發(fā)達(dá)國家能夠?qū)崿F(xiàn)。定制費用一般在數(shù)萬美元，定制周期至少需要3個月。這對于國內(nèi)的骨腫瘤患者來說，一是經(jīng)費上承擔(dān)不起，二是時間上等不起。

郝永強師從戴尅戎院士后，專注于骨腫瘤等骨科復(fù)雜疾病的個性化治療研究。2010年前后隨著金屬3D打印機面世，他帶領(lǐng)團隊開始了第三代個性化假體的探索。3D打印又稱增材制造技術(shù)，是制造技術(shù)的一次革命性突破。

創(chuàng)新工作之一是設(shè)計及應(yīng)用軟件的研發(fā)。“如今，我們可以應(yīng)用自己研發(fā)的CT/MRI數(shù)字融合計算機軟件，來重建腫瘤真實邊界，并通過3D打印把病變模型打印出來，在模型上討論手術(shù)規(guī)劃。如何把腫瘤精準(zhǔn)切除？如何設(shè)計手術(shù)輔助導(dǎo)板？如何安裝個性化重建假體？復(fù)雜的手術(shù)操作，被一個一個仔細(xì)討論后，變得相對簡單了�！焙掠缽娬f。

團隊另一個重要創(chuàng)新，是根據(jù)患者疾病的特殊性，賦予假體個性化的特殊功能。即便是3D打印最常用的金屬材料鈦合金，也是惰性金屬，與骨骼之間無法整合，永遠(yuǎn)存在金屬假體-骨骼的界面。這個難點，也是第一代、第二代個性化假體安裝后失效的主要原因。郝永強帶領(lǐng)團隊做了大量研究，經(jīng)過不斷篩選，通過在與骨接觸的假體表面打印出骨能夠長入的金屬骨小梁，實現(xiàn)了鈦合金跟骨骼的融合。借助這一技術(shù)，3D打印個性化骨關(guān)節(jié)假體真正成了患者身體的一部分。


“三位一體”
讓骨盆手術(shù)不再是禁區(qū)

3D打印中心為伊娜在短期內(nèi)設(shè)計、制備了3D打印個性化骨盆腫瘤模型、3D打印個性化手術(shù)輔助導(dǎo)板、3D打印個性化骨盆重建金屬假體。制作時，操作者導(dǎo)入設(shè)計好的數(shù)字文件，給3D打印機鋪上一層細(xì)若微塵的鈦粉，按下“開始”按鈕，電子束在照射區(qū)形成的1100攝氏度高溫，讓金屬微粒自然熔解……只用一天時間，1∶1比例的3D打印產(chǎn)品就準(zhǔn)備好了。

手術(shù)中，郝永強團隊采取了3D打印“三位一體”的創(chuàng)新治療模式，完整切除了帶有腫瘤的半骨盆，同時安裝上3D打印假體。伊娜不僅免去了截肢之苦，更保住了生命。

骨盆的解剖位置特殊，骨盆腫瘤患者面臨腫瘤切除安全邊界難以確定，重要臟器、血管神經(jīng)易發(fā)生損傷等諸多問題。長期以來，骨盆區(qū)域曾被視為手術(shù)的禁區(qū)，骨盆腫瘤切除與保肢重建是公認(rèn)的世界性難題。

郝永強說：“20世紀(jì)80年代以前，如果患者確診為骨盆惡性腫瘤，便面臨著生死抉擇。半骨盆截肢是病人存活下來的唯一治療選擇，但即便僥幸活下來，生活質(zhì)量也極差。”現(xiàn)在，新的治療模式讓重度骨盆疾病患者有了更好的治療效果和生活質(zhì)量，實現(xiàn)了真正意義上的“個性化”與“精準(zhǔn)化”治療。對醫(yī)生來說，也實現(xiàn)了復(fù)雜手術(shù)簡單化、危險手術(shù)安全化。

一體化重建
造福骨盆復(fù)雜缺損患者

人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（THA）能明顯改善患者生活質(zhì)量，但假體植入后松動、感染、假體周圍骨溶解及骨折、假體脫位等會導(dǎo)致置換關(guān)節(jié)失敗，讓患者面臨二次或多次假體翻修手術(shù)。絕大多數(shù)髖關(guān)節(jié)翻修患者均伴有髖臼周圍大小不一、形態(tài)復(fù)雜的骨盆復(fù)雜缺損，尤其是相當(dāng)一部分存在缺損范圍巨大、缺損結(jié)構(gòu)復(fù)雜甚至伴有骨盆環(huán)中斷、分離、喪失力學(xué)傳導(dǎo)及支撐，運用標(biāo)準(zhǔn)的髖臼杯、加強環(huán)、填充塊及骨水泥等傳統(tǒng)翻修手段無法完成或勉強翻修，導(dǎo)致患者髖關(guān)節(jié)功能明顯受限、生活質(zhì)量顯著下降，甚至最終臥床、喪失生活自理能力。

針對骨盆復(fù)雜缺損功能重建這一難題，郝永強團隊提出個性化、一體化翻修的創(chuàng)新理念。通過多年臨床應(yīng)用、療效評估及隨訪，所有患者髖關(guān)節(jié)功能Harris評分顯著提高，術(shù)后假體位置三維立體評價證實安裝準(zhǔn)確。髖關(guān)節(jié)周圍骨盆復(fù)雜缺損分型的確定及3D打印個性化、一體化翻修綜合診療體系的構(gòu)建，為髖關(guān)節(jié)復(fù)雜翻修患者帶來了福音。

放眼未來，郝永強認(rèn)為3D打印會越來越多地應(yīng)用在醫(yī)學(xué)各個領(lǐng)域，同時以打印活性組織細(xì)胞、器官為代表的生物打印，有望在不久的將來應(yīng)用于人體。科技改變未來，醫(yī)學(xué)3D打印可以幫助人類“脫胎換骨”，夢想成真。

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